Question

【題目】含鎳(Ni)質(zhì)量分數(shù)約20%廢料，主要成分是鐵鎳合金，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物。由該廢料制備純度較高的氫氧化鎳，工藝流程如下：

回答下列問題：

(1)合金中的鎳難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸，反應有N2生成。寫出金屬鎳溶解的化學方程式______________________

(2)“除鐵”時H2O2的作用是________________，為了證明添加的H2O2已足量，應選擇的試劑是_______________ (填序號：“①鐵氰化鉀K3[Fe(CN)6]”或“②硫氰化鉀KSCN”)溶液．黃鈉鐵礬[NaxFey(SO4)m(OH)n]具有沉淀顆粒大、沉淀速率快、容易過濾等特點，則x：y：m：n=1：____：2：6

(3)“除銅”時，反應的離子方程式為________________

(4)已知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2)=1.05×10-10，當加入過量NaF“除鈣鎂”后，所得濾液中________________(保留1位小數(shù))。已知除雜過程在陶瓷容器中進行，NaF的實際用量不宜過大的原因是__________

(5)100kg廢料經(jīng)上述工藝制得Ni(OH)2固體的質(zhì)量為31kg，則鎳回收率為______________(保留1位小數(shù))

(6)鎳氫電池已成為混合動力汽車的主要電池類型，其工作原理如下：M+Ni(OH)2MH+NiOOH(式中M為儲氫合金)。寫出電池充電過程中陽極的電極反應式___________

Answer 1

【答案】5Ni+5H2SO4+2HNO3=5NiSO4+N2↑+6H2O 將Fe2+成氧化成Fe3+ ① 3 H2S+Cu2+=CuS↓+2H+ 0.7 過量的F-在酸性條件下會腐蝕陶瓷容器 98.3% Ni(OH)2+OH-—e-=NiOOH+H2O

【解析】

含鎳質(zhì)量分數(shù)約20%的廢料，主要成分是鐵鎳合金，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物，加入硫酸和硝酸酸溶，合金中的鎳難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸，溶解Ni反應有N2生成，過濾除去廢渣，濾液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液pH除去鐵離子，過濾得到濾渣和濾液，濾液中加入H2S沉淀銅離子，過濾得到濾液中加入NaF用來除去鎂離子和鈣離子，過濾得到濾液中主要是鎳離子，加入氫氧化鈉溶液沉淀鎳離子生成氫氧化鎳固體。

（1）鎳和硝酸反應生成鎳離子、氮氣和水，結(jié)合原子守恒、電子守恒配平書寫化學方程式；

（2）過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，便于除去，加入Na2CO3除去Fe3+，不沉淀其他金屬離子，利用鐵氰化鉀和亞鐵離子結(jié)合生成藍色溶液檢驗亞鐵離子是否被完全氧化；由題給信息，黃鈉鐵礬[NaxFey（SO4）m（OH）n]元素化合價代數(shù)和為0；

（3）硫化氫和銅離子反應生成難溶于酸的硫化銅沉淀；

（4）利用溶度積計算溶液中Mg2+、Ca2+的濃度之比，NaF的用量不宜過大是因為，過量氟化鈉會在酸性溶液中生成氟化氫，陶瓷容器中的二氧化硅會和氟化氫反應；

（5）廢料含鎳質(zhì)量分數(shù)約20%，100kg廢料經(jīng)上述工藝制得Ni（OH）2固體的質(zhì)量為31kg，依據(jù)鎳元素守恒計算回收得到鎳和原來鎳的質(zhì)量，計算回收率；

（6）陽極上Ni（OH）2失電子生成NiOOH。

含鎳質(zhì)量分數(shù)約20%的廢料，主要成分是鐵鎳合金，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物，加入硫酸和硝酸酸溶，合金中的鎳難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸，溶解Ni反應有N2生成，過濾除去廢渣，濾液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液pH除去鐵離子，過濾得到濾渣和濾液，濾液中加入H2S沉淀銅離子，過濾得到濾液中加入NaF用來除去鎂離子和鈣離子，過濾得到濾液中主要是鎳離子，加入氫氧化鈉溶液沉淀鎳離子生成氫氧化鎳固體。

（1）鎳和硝酸反應生成鎳離子、氮氣和水，結(jié)合原子守恒、電子守恒配平書寫化學方程式為：5Ni+5H2SO4+2HNO3=5NiSO4+N2↑+6H2O，

故答案為：5Ni+5H2SO4+2HNO3=5NiSO4+N2↑+6H2O。

（2）“除鐵”時H2O2的作用是：過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，便于除去，為了證明添加的H2O2已足量，應選擇的試劑是利用鐵氰化鉀和亞鐵離子結(jié)合生成藍色溶液檢驗亞鐵離子是否被完全氧化；再加入Na2CO3使Fe3+生成黃鈉鐵礬而除去，黃鈉鐵礬[NaxFey（SO4）m（OH）n]中鐵元素化合價為+3價，元素化合價代數(shù)和為0，x+3y-2m-n=0，得到x+3y=2m+n，x：y：m：n=1：p：2：6，則p=3，

故答案為：將亞鐵離子氧化為鐵離子；①；3。

（3）硫化氫和銅離子反應生成難溶于酸的硫化銅沉淀，反應的離子方程式為：H2S+Cu2+=CuS↓+2H+，

故答案為：H2S+Cu2+=CuS↓+2H+。

（4）所得濾液中= = = =0.7，NaF的用量不宜過大是因為，過量氟化鈉會在酸性溶液中生成氟化氫，陶瓷容器中的二氧化硅會和氟化氫反應，生成氫氟酸會腐蝕陶瓷容器，

故答案為：0.7；過量的F-離子生成氫氟酸會腐蝕陶瓷容器；

（5）廢料含鎳質(zhì)量分數(shù)約20%，100kg廢料經(jīng)上述工藝制得Ni（OH）2固體的質(zhì)量為31kg，廢料中鎳元素質(zhì)量=100kg×20%=20kg，反應生成鎳元素質(zhì)量=31÷93×59kg，則鎳回收率的計算式=(31÷93×59)kg÷20kg×100%=98.3%，

故答案為：98.3%。

（6）鎳氫電池充電時的反應為M+Ni（OH）2=MH+NiOOH，充電過程中陽極的電極反應式：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O，故答案為：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O。